我国农作物覆膜栽培技术于20世纪70年代由日本引入，多年的理论研究与生产实践证实了地膜覆盖具有增温保墒、增产保肥、降低地表蒸发、提高水肥利用率、增加土壤微生物活性等提升农业系统生产力的作用^[1-5]。但随着地膜覆盖面积的扩大，覆盖地膜造成的污染日趋严重，残膜在自然条件下极难分解，可残存于土壤中200~400年^[6]。残留的地膜既破坏土壤结构又影响农作物正常生长发育，一定年份内增产的前提下，需要承担农业生态环境恶化与未来多年连续减产的双风险^[7]。2015年我国各类农作物覆膜种植2333万hm²，使用量为136.2万t，以甘肃为典型区域的残膜污染调查探明其残留量达78.45~220.05 kg· hm^-2[8]。地膜残留的主要原因之一是地膜生产企业准入门槛低，其市场运行以利益导向为主，对国家强制性标准的执行力缺失，因此对污染回收等后续工作带来诸多不便^[9]。

李仙岳等^[10]、王志超等^[11-12]研究了不同土壤残膜量对滴灌湿润峰与湿润土体的影响，得出残留地膜阻碍水分常态迁移，削弱水分入渗性能的结论；但也有学者在2001年对内蒙古地区农田残膜开展调研的成果中指出，按当时的农用地膜发展情况，一定年限内残膜不会对作物生长形成明显威胁^[13]。综合来说，地膜污染问题已经成为环保方面优先考量的重大问题，覆膜效应也是国内外学者的研究热点^[14-21]，且在内蒙古阴山北麓农牧交错带这一典型地域，关于地膜厚度对马铃薯生长发育及土壤残膜污染的研究尚待完善，亟需做进一步的试验研究与分析论证，故本研究分析了马铃薯生长发育、土壤贮水量、土壤温度、经济效益、土壤残膜等监测指标，旨在为降低农田土壤残膜污染、提高土壤环境承载力提供数据参考。

1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验于2011—2013年在位于阴山北麓农牧交错带的内蒙古农牧业科学院武川旱农中心开展。该区域属中温带半干旱大陆性季风气候，海拔1576 m，年降水量200~400 mm，年蒸发量高达1850 mm。年平均气温2.7 ℃，无霜期110 d左右。年均风速4~6 m·s^-1，全年>8级大风日数20~80 d，沙尘暴日数10~15 d。地形以缓坡丘陵为主，土壤以栗钙土、灰褐土、石质土为主，沙性较重。

1.2 试验设计

试验根据地膜厚度设4个处理：0.006、0.008、0.011 mm和0.012 mm，地膜宽度均为75 cm，供试作物为马铃薯（克新1号），采用膜下滴灌种植，机械化播种覆膜，平均株距为30 cm，膜上行距为30 cm，膜间行距为70 cm（图 1），小区面积600 m²（宽5 m、长120 m），3次重复，随机排列。试验所用地膜均为新疆蓝山屯河化工股份有限公司生产的0.006、0.008、0.011、0.012 mm厚度聚乙烯吹塑农用地面覆盖薄膜，地膜组成原材料主要为聚乙烯，地膜物理机械性能：断裂伸长率≥100%，拉伸负荷≥1.0，直角撕裂负荷≥ 1.0。2011、2012、2013年试验分别于4月25日、4月28日、4月27日播种，并于9月24日、9月27日、9月25日收获。从试验田出苗数量达到50%以上开始进入苗期，待出全苗后7 d进入块茎形成期；出现花蕾植株数量达到50%后进入现蕾期；开花植株数量达到50%后进入盛花期，到花朵枯萎90%以上结束。

1.3 样品采集与分析方法

残膜的采集：试验期间采样4次，分别为2011年春季播种之前（地膜基础残留量），2011、2012、2013年秋季收获之前（此时地膜未受扰动）。采样方法为在每个处理内随机选取6个样方（200 cm×100 cm），将样方中0~20、20~30 cm两个土层的土壤用铁锹挖出过筛，同时捡拾收集残留地膜。

残膜量的测定：将收集的残膜带回实验室，去除附着在残膜上的杂物，然后用超声波清洗仪进行洗涤，洗净后用吸水纸吸干残膜上的水分，小心铺展放在阴凉干燥处，自然风干后用万分之一的电子天平称量，记录残膜量。

作物生长与土壤水热指标：覆膜作物生长期间，观测出苗率、作物生育进程；在马铃薯块茎形成期、现蕾期和盛花期测定株高；覆膜后两个月内，利用日本生产的HIOK3912自动温度探头对不同处理5 cm土壤温度进行监测，间隔1 h记录1次，文中所用温度数据均为作图所需数据时间范围内所有监测数据平均值；覆膜后2个月内，每周利用土钻法分0~10、10~20 cm两个土层测定土壤贮水量；秋季进行测产。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007进行数据处理与图表制作，采用SPSS 16.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析 2.1 地膜厚度对马铃薯生长发育影响

3年测定结果（表 1）表明，不同厚度的地膜对马铃薯出苗率影响不同，其中，0.008 mm地膜覆盖下的马铃薯出苗率最高，为90.0%~98.77%，平均95.17%，显著高于其他处理。其次是0.011 mm和0.012 mm处理，出苗率平均分别为87.89%和85.61%，0.006 mm处理出苗率最低。这可能是由于0.006 mm地膜破裂处较多，保温保墒性能大幅降低，而0.011 mm和0.012 mm厚度地膜完整性和保墒性虽然较好，但出苗孔附近地膜厚度过大阻碍了作物幼苗破土与前期生长，导致保苗率降低。因此地膜太厚或太薄均不利于马铃薯出苗保苗。

从马铃薯关键生育期株高3年平均值（表 1）看，与0.006 mm厚度地膜相比，0.008、0.011 mm和0.012 mm厚度地膜的株高在块茎形成期分别增加0.66、0.96 cm和0.9 cm，增幅为4.69%~6.82%；在现蕾期分别增加了0.86、0.73 cm和1.66 cm，增幅为2.04%~ 4.65%；在盛花期分别增加了0.37、1.7 cm和2.27 cm，增幅为0.68%~4.22%。各时期平均仅增加1.08 cm，可见增加地膜厚度对马铃薯的株高影响较小，但处理间差异显著。

2.2 地膜厚度对土壤温度的影响

地温自动监测结果（图 2）表明，不同厚度地膜对土壤增温效果不同，且处理间差异随生育期的推进而变化。播种后1~5周，5 cm地温随地膜厚度增加而增加，与0.006 mm处理相比，0.008、0.011 mm和0.012 mm处理的年均地温在前5周分别增加0.46、0.93 ℃和1.24 ℃，增幅为2.48%~6.75%；播种后第6周开始，0.008 mm地膜地温逐渐超过其他处理，成为最高，其次是0.006、0.012 mm地膜，0.011 mm地膜的地温最低。

2.3 地膜厚度对耕层土壤贮水量的影响

在播种后1~4周，0~20 cm土壤贮水量随着地膜厚度的增加而增加。从3年的平均值（图 3）看，与0.006 mm地膜相比，0.008 mm地膜的贮水量增加1.64~3.32 mm，0.011 mm地膜的贮水量增加2.61~9.62 mm，0.012 mm地膜的贮水量增加3.68~16.67 mm。播种4周以后，地膜厚度对土壤贮水量的影响总体上表现为地膜厚度增加，土壤贮水量降低。同一年度内，土壤贮水量与降水量在一定程度上呈正相关。

2.4 地膜厚度对马铃薯产量和收益的影响

3年测产结果（表 2）表明，地膜厚度对马铃薯产量影响较大，0.008 mm地膜的产量和商品薯率最高，与其他处理的差异在不同年份间有所不同。0.008 mm处理3年的产量分别为43 752.20、21 894.30 kg· hm^-2和36 101.38 kg·hm^-2，较当年最低产量处理增加20.41%、13.58%和23.29%，且与产量最低处理均呈现显著差异；不同年份商品薯率也均以0.008 mm处理为最高，可见0.008 mm厚度地膜对马铃薯增产效果明显且有利于提高马铃薯商品率。

同一年内马铃薯的产出只受产量影响（表 3），不同地膜相比，0.008 mm地膜产出最高，2011—2013年分别为35 002.5、21 894.0和47 482.5元·hm^-2，马铃薯产出的年际间波动较大，主要受产量和价格双重影响，2013年的产量和价格较高，产出最高，2012年的价格较高，但产量很低，所以产出最低。种植马铃薯的纯收益主要受产出和投入共同影响，同一年内不同地膜的纯收益因产量和地膜投入差异而不同，由于地膜投入差异很小，所以地膜的纯收益与产出的规律一致，均以0.008 mm地膜为最高，2011—2013年的纯收益分别为18 875.6、5 860.7、30 128.1元·hm^-2。年际间的纯收益差异除了受马铃薯产量和价格影响外，还与投入生产资料价格和人工费用有关，虽然2013年的投入增加，但由于产量和价格较高，该年份的纯收益仍为最高（24 120.9~30 128.1元·hm^-2），2012年的收益最低（3 310.5~5 860.7元·hm^-2）。

2.5 地膜厚度对地膜残留量的影响

从3年监测结果（表 4）看，地膜越厚铺设量越大，3年平均铺设量分别为38 851.5、48 136.5、56 452.5、64 852.5 g · hm^-2；0~30 cm土层平均残留量分别为11 943、22 972.5、31 681.5、35 746.5 g·hm^-2，土壤地膜残留量随地膜厚度的增加而增加，土壤残膜多数在0~20 cm土层集中，且残留比例呈现先增加后降低趋势，0~20 cm残留比例分别为67.3%、83.0%、81.0%和80.1%。

马铃薯收获时随收获机链条转动，马铃薯块茎和大部分地膜被输送到地表（图 4），此过程中所有肉眼可见的残膜均通过人工捡拾被运出农田，可以极大降低土壤中地膜残留。从0~30 cm土层地膜残留系数计算结果（表 4）看，在2011年未进行机械收获时，地膜越厚残留系数越大，0.006~0.012 mm的4种地膜残留系数分别为10.1%、24.8%、31.6%和32.5%。2012年后由于利用马铃薯收获机机械化收获，增厚地膜残留系数大幅度下降，但2012年和2013年反映出的地膜残留系数变化趋势并不相同，2012年地膜残留系数随地膜厚度增加表现为先增加后降低，地膜残留系数分别为13.5%、17.9%、20.7%和19.5%，而2013年地膜残留系数随地膜厚度增加而下降，地膜残留系数分别为12.9%、10.5%、7.4%和7.0%。总的看来，地膜越厚越容易被机械收获输送到地表，降低人为捡拾的难度，减轻地膜残留污染。

3 讨论

马铃薯株高随地膜厚度增加而增高，出苗率随地膜厚度增加先增加后减小，厚度为0.008 mm地膜处理马铃薯出苗率最好，为90.0%~98.77%，平均95.17%，显著高于其他处理；与0.006 mm厚度地膜相比，0.008、0.011 mm和0.012 mm厚度地膜的株高平均值增加0.6、1.1 cm和1.6 cm，增幅为0.68%~6.82%，可见增加地膜厚度有利于促进马铃薯的生长发育，虽增加幅度较小，但处理间差异显著。

不同厚度地膜对土壤增温效果不同，且处理间的差异随着生育期的推进而变化。播种后1~5周，3年平均5 cm地温随着地膜厚度增加而增加，播种5周前，地膜越厚地温越高；播种后第6周开始，0.008 mm地膜地温迅速升高，超过了其他处理，其次是0.006、0.012 mm地膜，0.011 mm地膜的地温最低，距地表 5 cm深度土壤温度受降雨影响较大，地膜较厚处理地温不及地膜较薄处理高，这与唐文雪等^[22]的研究结果相似，主要因为播种后5周内降雨量较小，随着气温的升高，地膜的增温作用显著，起主导作用，且随着地膜厚度增加，其保温作用增强，故表现为0.012 mm厚度下土壤温度最高；播种5周后，马铃薯冠层面积尚小，地膜覆盖对土壤温度起主导作用，随着地膜厚度的增加，地膜对太阳辐射的阻隔作用加大，土壤增温效应减弱。对马铃薯而言，其土壤温度在覆膜前期表现为随着地膜厚度增加而增加，覆膜后期，地膜较厚的处理增温效果较差，与张丹等^[23]研究结果一致。

不同厚度地膜0~20 cm贮水量变化趋势基本相同，而且与降（灌）水趋势一致，同一周内贮水量随降（灌）水增减而增减；4种地膜厚度相比，在播种后4周前，0~20 cm土壤贮水量表现为地膜越厚，贮水量越大；播种后4周基本是不同厚度地膜贮水量变化的拐点，从播种5周后，地膜厚度增加，贮水量降低。在播种后1~4周，0~20 cm土壤贮水量随着地膜厚度的增加而增加。从3年的平均值看，与0.006 mm地膜相比，0.008 mm地膜的贮水量增加1.64~3.32 mm，0.011 mm地膜的贮水量增加2.61~9.62 mm，0.012 mm地膜的贮水量增加3.68~16.67 mm。播种4周以后，地膜厚度对土壤贮水量的影响总体上表现为地膜厚度增加，土壤贮水量降低。同一年度内，土壤贮水量与降水量在一定程度上呈正相关。

马铃薯产量与商品薯率随地膜厚度增加先升高后降低，且0.008 mm地膜产量最高；4种厚度地膜投入差异不大，但收益差异显著，均表现为0.008 mm处理收益最高，其他处理收益年度间趋势不同。0~30 cm土层中残留的地膜量随着地膜厚度的增加而增加；地膜越厚，单位面积铺设量越大，耕层残留量也越大；地膜残留系数随着地膜厚度的增加而增加。而周乐^[24]研究认为在不同厚度地膜覆盖玉米种植中，0.010 mm地膜厚度产量优于0.008 mm地膜。周明冬等^[25]研究表明0.010 mm和0.012 mm厚度地膜种植利润最佳，其结果差异主要由于作物生长差异及地区降雨差异所致，但在地膜回收难易程度上均表现为0.012 mm最佳。利用0.008 mm地膜能够获得较高的经济效益和生态效益，但在今后工作中应注意地膜回收机具的研发^[26-27]。

4 结论

从经济效益与生态效益双重考虑，本研究认为阴山北麓农牧交错带马铃薯种植采用0.008 mm以上地膜比较适宜，建议在生产中配套应用适宜的残膜回收机具。